压电陶瓷的自振频率分析及详细过程.docx

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压电陶瓷的自振频率分析及详细过程

压电变换器的自振频率分析及详细过程

所有图片大小可以自己调节

1.在开始菜单中启动MechanicalAPDLProductlauncher，如图1所示其中WorkingDirectory

代表你的工作路径，也就是所有ansys的生成文件都存在这个文件加下。

而jobName就代表你所做实例的名字，实例中我们将目录设为F盘，工作名设为model2.最后点击run运行进入ansys界面。

如图2所示。

图2

2.定义单元类型

拾取菜单MainM--Preprocessor-ElementType-Add/Edit/Delete,如图3所示。

然后单击，

图3

然后单击add按钮。

如图4所示，单击ok,选择solid5单元，这样就完成了对单元的选择。

然后再单击图3中的close按钮。

图4

3.定义材料属性

拾取菜单MainMenu-Preprocessor--MaterialProps-MaterialModels.弹出对话框，如图5所示。

定义相对介电常数。

在右侧列表中依次双击"electromagnetic","relativepermittivity","orthotropic".输入相关参数。

图5

在右侧再点击Density,如图6所示。

定义材料的密度。

密度为7500，单击ok。

图6

在右侧在依次点击“Piezoelectrics”“Piezoelectricmatrix”定义压电应力矩阵，如图7所示。

输入相关参数。

单击ok。

图7

在右侧列表中依次双击"Structural","Linear","Elastic","Anisotropic"如图8所示，定义各向异性弹性矩阵设置，输入参数，单击ok。

图8

点击Material-Exit完成对材料的定义。

4.建模

选取菜单Parameters-ScalarParameters在selection中输入L=10E-3然后点击accept，再输入h=20e-3,点击accept，按照相同的步骤输入，w=10e-3,a3=1000.如图9所示。

图9

点击close。

拾取菜单MainMenu-Preprocessor–Modeling-Create-Keypoints-InActiveCS弹出对话框，如图10所示，输入1,创建关键点1，坐标为0,0,0.点击apply。

图10

再输入如图11所示

图11

点击apply。

输入图12所示。

图12

图13

建立四个关键点。

复制关键点选取modeling-copy-keypoints弹出选框，如图14所示。

点击pickall弹出图15所示的选框，输入参数，单击ok。

复制一份，向z轴偏移距离为H。

图14图15

改变视角选取plotctrls-panzoomrotate-iso然后点击close

是原始坐标系不显示选取plotctrls-windowscontrols-windowsoptions如图16所示

选取noshown点击ok。

图16

创建直线MainMenu-Preprocessor–Modeling-Create-line-line-straightline

选取点1和5，点击ok。

划分直线网格，分为4份。

MainMenu–Preprocessor-meshing-sizecntrls-manualsize-line-alllines,如图17所示，点击ok。

图17

通过关键点创建面，MainMenu-Preprocessor–Modeling-Create-areas-arbitrary-throughkps弹出选框，选取点1,2,3,4。

通过面拉伸体，MainMenu-Preprocessor–Modeling-operate-extrude-areas-alonglines弹出选框，选取刚才那个形成的面，单击ok，然后再选取前面我们建立的线，点击ok，形成的体如图18所示。

图18

5.网格划分

显示线号plotctrls-numberinglinenumbers前打钩。

点击ok。

图19所示

图19

显示线plot-lines

选取meshing-meshtool如图20所示。

选取line后边的set弹出选框，选取线11.和13，单击ok，弹出如21所示，输入2，单击ok。

划分为两部分。

图20图21

选取hex，mapped,点击meshtool中的mesh弹出选框，选取体，单击ok。

如图22所示。

图22

6.施加约束

选取节点select-entities弹出如图23所示的对话框,点击ok。

图23

拾取菜单MainMenu--Solution-DefineLoads-Apply-Structural-Displacement-symmetryb.c-onnodes弹出图24选框，单击ok。

图24

同理约束y轴，将图24中改为y轴，单击ok。

7.分析类型

拾取菜单MainMenu-Solution-AnalysisType-NewAnalysis。

弹出对话框，选择"TypeofAnalysis"为"Modal",单击"OK"按钮。

8.指定分析选项

拾取菜单MainMenu-Solution-AnalysisType-AnalysisOptions。

弹出对话框，在"No.ofmodestoextract"文本框中输入10.扩展模态数为10如图25所示，单击ok。

图25

频率范围50000到150000,图26所示,单击ok。

图26

约束z=0和z=h的面的节点电压为0.

选取节点select-entities弹出如图27所示的对话框,点击ok。

图27图29

拾取菜单MainMenu--Solution-DefineLoads-Apply-electric-boundary-voltage-onnode如图28所示，单击ok。

图28

同理定义z=h，电压为0.如图29.所示

施加约束时，先选取该面上的节点，然后直接施加就是该面的约束。

在每一步施加约束时，我们都先选择该面上的节点后再施加。

图23,27,29都是选择相应面上的节点。

然后是假载荷，不然施加的是全部节点。

9.求解

拾取菜单MainMenu-Solution-Solve-CurrentLS。

单击“SolveCurrentLoadStep”

对话框的“OK”按钮。

出现“Solutionisdone!

”提示时，求解结束，即可查看结果了。

10列表固有频率

拾取菜单MainMe-GeneralPostproc-ResultsSummary。

弹出窗口，列表中显示了模型的前10率，可以看出结果虽然存在一定的误差，但与解析解是基本符合的。

查看完毕后，关闭该窗口。

11.拾取菜单MainMenu-GeneralPostproc-ReadResults-FirstSet

12.用动画观察模型的一阶模态

拾取菜单UtilityMenu-PlotCtrls-Animate-ModeShape。

弹出对话框，单击“OK”按钮。

观察完毕，单击“AnimationController”对话框的"close"按钮

13.观察其余各阶模态

拾取菜单MainMenu-GeneralPostproc-ReadResults-NextSet.依次将其余各阶模态的结果读入，然后重复步骤1

观察完模型的各阶模态后，请读者自行分析频率结果产生误差的原因，并改进以上分

析过程。

图30

图30为各阶自振频率

图31

图31为1阶振型

总结，再施加约束时，仅仅是几个面，如果忽略图23,27,29这几个过程，那结果可想而知。

如果出错，仔细检查，你添加的边界约束是否正确，重复修改，结果就是这个。

我只是把别人的例子详细的做了一遍。

比较适合初学者。